El carbono-12, el carbono-13 y el carbono-14 son todos átomos de carbono. Cada uno tiene seis protones. Sin embargo, el carbono-12 tiene seis neutrones, el carbono-13 tiene siete y el carbono-14 tiene ocho. Son isótopos, átomos del mismo elemento con diferente número de neutrones. El número de protones define el elemento, mientras que el número de neutrones define el isótopo. La mayoría de los elementos tienen múltiples isótopos, y algunos tienen docenas.

Los isótopos se comportan químicamente de la misma manera porque tienen el mismo número de electrones. Sin embargo, difieren en masa, lo que afecta ligeramente a sus propiedades físicas y drásticamente a su estabilidad nuclear. Algunos isótopos son estables. Otros son radiactivos, se desintegran con el tiempo y emiten radiación. El carbono-14 es radiactivo, con una vida media de aproximadamente 5730 años. Esto lo hace útil para datar restos orgánicos de hasta unos 50 000 años de antigüedad.

Los isótopos tienen múltiples usos. El deuterio y el tritio son isótopos del hidrógeno que se utilizan en la fusión nuclear y como trazadores en química. El uranio-235 y el uranio-238 se separan para su uso como combustible nuclear y en la fabricación de armas. Los isótopos radiactivos se utilizan en medicina para diagnóstico por imagen y terapia. Los isótopos estables se emplean en estudios ambientales, autenticación de alimentos y análisis forense. La composición isotópica de una muestra puede revelar su origen, historia y antigüedad.